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MATERIA: MEDICINA NUCLEAR
CARRERA: INGENIERÍA BIOMÉDICA
F.C.E.F.y N - U.N.C.
Año: 2008
Lic. G. R. Vélez – Lic. A. Martínez – Lic. M.L. Haye.
Interacción de la Radiación con la Materia.
Cuando rayos X o  pasan a través de un medio, ocurren
interacciones entre los fotones y la materia que dan como
resultado la transferencia de energía a dicho medio.
RADIACIONES
NO IONIZANTES
IONIZANTES
(sólo exitan el átomo)
(ionizan la materia)
RADIACIONES IONIZANTES
El proceso por el cual un átomo neutro adquiere carga
positiva o negativa se conoce como IONIZACIÓN.
El hecho de que un electrón orbital sea liberado del átomo, deja al
átomo cargado positivamente, dando como resultado un PAR IÓNICO:
ELECTRÓN LIBERADO
IÓN NEGATIVO
ÁTOMO RESIDUAL
IÓN POSITIVO
TIPOS DE RADIACIONES IONIZANTES MÁS IMPORTANTES
RAYOS 
Es la radiación electromagnética emitida por un núcleo o en la aniquilación
de materia con antimateria
Un cuanto de energía de un fotón cualquiera está dado por:
E  h 
hc



Frecuencia
Longitud de onda
c
Velocidad de la luz en el vacío
h
Constante de Planck
El rango de energías (en la práctica) emitida por átomos radioactivos va
desde 2,6 keV hasta 6,1 – 7,1 MeV.
RAYOS X
Es la energía electromagnética emitida por partículas cargadas (usualmente
e-) cuando cambian de nivel de energía en un átomo (radiación característica)
o durante el frenado en un campo de fuerza coulombiano (espectro continuo o
bremsstrahlung – tubos de rayos X)
Rangos de energía de rayos X en términos de los voltajes que los generan
0,1 – 20 kV
Baja Energía (Soft)
20 -120 kV
Rango de Diagnóstico
120 – 130 kV
Orthovoltaje
300 kV – 1 MV
Intermedios
>1 MV
Megavoltaje
Los fotones de rayos  y rayos X de una dada energía tienen
propiedades idénticas y solamente difieren en le modo en que
se originan.
ELECTRONES
Son partículas livianas cargadas
Si son de carga positiva se llaman positrones
Si son emitidos por un núcleo se llaman rayos  (positivos o negativos)
Si resultan de una colisión de partículas cargadas se los llama rayos 
Mediante aceleradores lineales, betatrones y microtrones se generan haces de
electrones muy energéticos (del orden de los MeV)
PARTÍCULAS PESADAS CARGADAS
PROTÓN
Núcleo de Hidrógeno.
DEUTERÓN
Núcleo de Deuterio; un protón y un neutrón unidos por
fuerzas nucleares.
TRITÓN
Un protón y dos neutrones unidos por fuerzas nucleares
PARTÍCULAS α
Núcleo de Helio; dos protones y dos neutrones
NEUTRONES
Son partículas neutras (sin carga eléctrica) obtenidas mediante reacciones
nucleares, ya que no pueden ser aceleradas electrostáticamente.
Hay que distinguir la interacción con la materia de las partículas
cargadas y las no cargadas
RADIACIÓN DIRECTAMENTE IONIZANTE
Son aquellas partículas cargadas rápidas (electrones, protones,
etc.), las cuales entregan su energía directamente, a través de
pequeñas interacciones coulombianas a lo largo de su camino
RADIACIÓN INDIRECTAMENTE IONIZANTE
Son aquellas partículas no cargadas (fotones, neutrones), las
cuales transfieren su energía a partículas cargadas en la materia,
mediante la cual sufren varias interacciones. Luego las pertículas
cargadas rápidas, entregan su energía a la materia como en el
caso anterior.
El depósito de energía en la materia mediante la radiación indirectamente
ionizante es un proceso de dos pasos.
TIPOS DE INTERACCIONES ENTRE PARTÍCULAS
INTERACCIONES DE LOS FOTONES CON LA MATERIA.
DISPERSIÓN COHERENTE (COHERENT SCATTERING)
Este proceso se puede visualizar considerando la naturaleza ondulatoria de la
raddiación electromagnética.
Una onda electromagnética pasa cerca de un electrón orbital y lo excita
de manera tal que el e- queda oscilando, este e- irradia energía en la
misma frecuencia del fotón incidente (onda electromagnética).

El único efecto que se
obtiene es la dispersión
del fotón incidente en
pequeños ángulos.

Átomo
EFECTO FOTOELÉCTRICO
Es un fenómeno en el cual un fotón interactúa con un átomo y se libera un
electrón orbital del átomo.
En este proceso toda la energía h del fotón
se transfiere al e- orbital.
r-X característicos
e- Auger
La energía cinética del e- eyectado
(foto-electrón) es:
Ec  h  EB
h
K L M
EB es la energía de ligadura del electrón orbital
Este efecto se produce con e- de las capas K, L, M y N
Átomo
e-
Luego de que el e- es eyectado del átomo, se produce una vacancia en la
capa, dejando al átomo en un estado excitado.
La vacancia
puede
llenarse
e- de una capa más externa
Emisión de e- Auger
Emisión de rayos X característicos
EFECTO COMPTON
En este proceso, el fotón interactúa con un electrón del átomo, como si
este e- fuera un electrón “libre”.
(“Libre” significa que la energía de ligadura del electrón es mucho menor que la
del fotón incidente).
En esta interacción:
El e- recibe una parte de la energía del fotón incidente y es emitido en un
ángulo .
El fotón, con energía reducida, es dispersado en un ángulo 
e- libre
h0
Fotón
incidente
e-
e- Compton


h’
Fotón
dispersado
Se puede analizar este proceso como una colisión entre dos partículas: un
fotón y un electrón.
Planteando conservación de la energía y del momento, se obtiene:
 (1  cos  )
E  h 0
1   (1  cos  )
Energía del e- compton
1
h '  h 0
1   (1  cos  )
Energía del fotón dispersado
 
cos   (1   ) tan  
2
h 0
2
m
c
 0,511MeV
y

0
2
m0 c
Ángulo del e- compton
es la energía en reposo del e-
PRODUCCIÓN DE PARES
En este proceso, el fotón interactúa fuertemente con el campo
electromagnético de un núcleo atómico y entrega toda su energía en el
proceso de creación de un par electrón (e-) – positrón (e+)
Como la masa en reposo de un e- o e+ es
0,511MeV, el fotón incidente debe tener
una energía mínima de 1,022MeV que es
la necesaria para producir un par e-, e+.
e-
h >1,02MeV
e+
Umbral de Energía
El exceso de energía del fotón incidente es compartido entre el e- y el e+ como energía
cinética.
La energía cinética disponible
para el par e-, e+ está dada por:
Ec  (h  1,022) MeV
La dirección en que las partículas tienden a seguir es la misma dirección del fotón
incidente
La distribución más probable de energía cinética de estas partículas es que
cada una de ellas reciba la mitad de la energía disponible, aunque es posible
cualquier otra distribución. En algunos casos límite, una de las partículas recibe toda
la energía y la otra nada.
ANIQUILACIÓN DE POSITRONES
Es el proceso inverso a la producción de pares. Es el proceso en el cual un
positrón se combina con un electrón y se producen dos fotones, llamados
radiación de aniquilación.
h = 0,511 MeV
Los dos fotones que se se producen son
emitidos en direcciones opuestas, ya que
hay conservación del momento.
e+
eh = 0,511 MeV